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钢结构之美 | 最酷的钢结构“泡泡”
2024-08-172

每年,Modern Steel Construction(MSC)杂志都会挑选一些有趣的钢结构项目,通常是一些小型的建筑或者小品/抑或是一些雕塑来展现钢材的最酷应用以及其他和钢结构相关的创新及进展。2022年的最酷应用项目包括位于俄勒冈州波特兰高速公路上的一个步行及骑行通道,一个位于科罗拉多州标志性钢结构教堂上方的钢“泡泡”,一个贯穿于圣路易斯动物栖息地的曲线形钢结构步道,对于北卡罗来纳州一处具有历史意义的钢铁厂的修复和扩建,一个位于曾经是西海岸最高建筑顶部的翻新工程等。

美国空军学院(United States Air Force Academy)是美国著名军事院校之一,空军最高学府,与西点军校、海军军校、海岸警卫队军校、船舶军校一样,属于美国培养初级军官的五大军校之一,空军学院的入学严格程度一点不比西点军校差,甚至还有过之无不及。在同类五所军校中空军学院的历史最短,1954年4月1日正式成立,1959年首届毕业生毕业。空军学院成立较晚与空军直到二战后才单独成军有密切关系。

美国空军学院位于美国科罗拉多州的科罗拉多泉城(Colorado Springs),离科罗拉多州的首府丹佛不到百公里,西边是横贯南北的落基山脉,海拔约1,600m,人口近42万,以人口来算的话,全美排名第41。闻一多、梁实秋在20世纪20年代曾在这里留过学,梁实秋写有一篇“闻一多在珂泉”的文章,回忆他们当年在科罗拉多泉城的留学生涯,对当地的自然风景赞不绝口,也对当年留学生的清寒生活有生动的描写。每年到空军学院参观的游客超过百万。空军学院内的建筑物围绕一个磨盘似的大广场而建,其中有一栋造型奇特、极具现代特色的焦点建筑——学员教堂(Cadet Chapel),到军校参观的人,无不被该建筑的气势以及独特造型所吸引。学员教堂高46m、宽26m、长85m,坐北面南,坐落于毗邻荣誉庭院(Court of Honor)的墩座上,前门外有一个宽大的花岗岩阶梯,拾级而上时给人一种肃穆威严的感觉。

学员教堂的主要功能是为学员提供宗教崇拜的场所,学员教堂内有为各个不同宗教崇拜聚会设立的场地,包括基督新教、天主教、东正教、犹太教、后期圣徒教、伊斯兰教、印度教、佛教以及其他信仰宗派等,充分体现了美国的宗教自由、包容精神。在内部设计上,每个宗教聚会场地都有自己的出入口,这样不会影响其他宗教的聚会,由于美国是基督新教的大本营,信徒占绝大多数,因此体现在学院教堂的内部建造安排上,也以基督新教徒的崇拜场地规模最大,有1,300个座位,其次是天主教崇拜场地,有500个座位,犹太教崇拜场地有100个座位,其它宗教派别的崇拜场地则大小不等。

这个建筑有17个玻璃与铝材构建的尖顶,好似列队的飞机机翼高耸入云,在蓝天白云的衬托下令人印象深刻。位于主楼层的基督教新教教堂由挤压铝贴面的一系列四面体构成外围护,各四面体之间由连续的彩色玻璃面板分隔,窗户则由特殊的夹胶玻璃构成,透过的光线很是梦幻。学员教堂的建筑设计师是瓦尔特·奈奇(Walter A. Netsch),他也是空军学院校园建筑的首席设计师,学员教堂的设计在建筑完成之初由于造型太奇特曾引起广泛争论,负面批评不绝于耳,但随着时间的推移,人们的看法渐渐改变,此后声誉鹊起,目前已成为现代派建筑的代表作之一,2004年被列为国家历史地标建筑,瓦尔特·奈奇也因此出名。这座教堂曾获得的奖项包括:1964年AIA的R.S.Reynolds纪念奖;1965年纽约建筑联盟设计银奖;1992年AIA芝加哥地区25周年奖和1996年AIA国家25周年奖。

既然教堂位于一个高科技和现代的空军学院里面,那么教堂的设计既要满足宗教活动和宗教精神的要求,又要体现现代建筑的造型特征和时代精神。这是设计的基本出发点。工程于1963年竣工。这是一项由政府出资建造的建筑工程。60年以来,美国空军学院学员教堂一直是位于科罗拉多州科罗拉多泉城(Colorado Springs)的美国空军学院校园内一个现代的设计标志。教堂外部耸立的这17个尖塔很像17个有角的太空船,尖尖的教堂让人联想到哥特式教堂。150ft.(45.72m)高的大尺度和其独特的三角造型与山体相协调,尖塔不仅是整个学院的制高点,也成为整个学院最突出的经典和地标建筑。从整体上看,这座教堂背倚青山,建筑运用重复技巧,凸显每个尖顶的磅礴气势和十足动感。教堂内部的设计使得光透过彩色玻璃形成一条直线,似乎消失在视野尽头,具有强烈的纵深感,给人留下无尽的思考空间。100个完全相同的四面体组成一个管状的钢结构,每个四面体都有75ft.(22.86m)长、5t重,被包裹在铝质板条中,间距1ft.(0.3m)。倾斜屋面有利于疏导雨水,避免雨水囤积造成漏水问题。

作为一个多教派教堂,这栋具有历史意义的建筑多年来经历了大量的水损和性能退化。在2019年,拖了很久的修复工作终于被提上议程并被放置在承包商J.E. Dunn建筑公司的议程中,该公司总部位于密苏里州堪萨斯城,是一家商业合同及建筑控股公司,其主要目标就是要为美国最复杂的现代主义建筑的保护工程确定最佳和最高效的方法。

该项目要求完全移除建筑外立面并替换其原来构件。为了完成这个多年的修复工程同时还要在该区域恶劣的天气条件下控制拆除时的环境,项目团队认为建造一个带有法拉利织物板材的保护性的钢框架“泡泡”是非常必要的。原来的项目设计要求沿着整个建筑周边竖向每隔7ft.(2.13m)设置钢龙骨。为了提高项目效率和安全性,AISC加工商会员单位Basden钢结构公司推荐采用一种桁架体系。通过共同努力以及多次设计变更,最初的竖向钢龙骨方案被演化为带有角钢和空心钢管构件的宽度为9ft.(2.74m)的宽翼缘桁架。
在Deem钢结构服务公司(AISC加工商会员单位Basden钢结构公司的姊妹公司)的要求下,在两个高度位置增设了带有固定平面的平台,用于增加刚度以及方便人员攀爬。其他的进出方式还包括巨大的200ft.(60.96m)的高空作业平台,使得工人们可以轻松靠近较高处的钢结构。总之,“泡泡”框架共使用了715t结构钢。工人们在5个月内安装了这个超过250ft.(76.2m)长、160ft.(48.77m)宽、180ft.(54.86m)高的临时蚕茧状钢结构“泡泡”。

52,000ft.2(4,830.96㎡)的教堂屋顶被一点一点地拆除完毕,要连同其他许多结构的重要方面一起进行修复,包括两个管风琴的音管,彩色玻璃窗以及木制教堂长椅。

考虑到修复结构的临时特性,要求所有的连接节点都必须采用螺栓连接,这样更方便日后的拆除,不像焊缝那样还必须要进行切割,这样就不会因为有焊接火花而对刚刚完成翻新工作的教堂造成破坏。

Basden钢结构公司和Deem钢结构公司的合作团队被要求在接近2025年年底的时候进场,开始钢结构“泡泡”的拆除工作。翻修的教堂有望在2026年完全重新开放,为这个具有历史意义的钢结构建筑的保护工作划上一个完美的句号。


来源 | 建筑钢结构进展微信公众号

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